UJI IN SILICO SENYAWA PRIMAQUINE SEBAGAI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
UJI IN SILICO SENYAWA PRIMAQUINE SEBAGAI LIGAN PADA
RESEPTOR ESTROGEN ALFA
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.)
Program Studi Farmasi
Oleh:
Lucius Evodius Bardata
NIM: 138114097
FAKULTAS FARMASI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2017
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
HALAMAN JUDUL
UJI IN SILICO SENYAWA PRIMAQUINE SEBAGAI LIGAN PADA
RESEPTOR ESTROGEN ALFA
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.)
Program Studi Farmasi
Oleh:
Lucius Evodius Bardata
NIM: 138114097
FAKULTAS FARMASI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2017
i
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
HALAMAN PERSEMBAHAN
Life is and Will Never Remain an Equation Incapable
of Solution, But
it Contains Certain Known Factors
-Nikola Tesla
Saya persembahkan Skripsi ini untuk
Tuhan Yesus Kristus dan Bunda Maria serta St. Yudas Tadeus dan semua Orang
Kudus yang selalu mendengar setiap doa saya, dalam suka dan duka
Bapa dan Mama yang selalu menyebut nama saya dalam setiap doanya
Dan
Almamater tercinta, Universitas Sanata Dharma
iv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
v
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PRAKATA
Puji syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yang Maha Esa untuk segala
berkat serta rahmat penyertaan sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi
yang berjudul “UJI IN SILICO SENYAWA PRIMAQUINE SEBAGAI
LIGAN PADA RESEPTOR ESTROGEN ALFA” sebagai salah satu syarat
untuk mendapatkan gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.) di Fakultas Farmasi
Universitas Sanata Dharma. Penyelesaian skripsi ini tentunya tidak lepas dari
bantuan berbagai pihak, oleh karena itu penulis hendak mengucapkan terima kasih
kepada:
1. Bapak Enade Perdana Istyastono, Ph.D., Apt. selaku dosen pembimbing
atas segala arahan, masukan, kesabaran serta dukungan kepada penulis
dari awal hingga proses penyelesaian skripsi ini.
2. Bapak Maywan Hariono, Ph.D., Apt. selaku dosen penguji yang telah
memberikan banyak saran dan arahan kepada penulis dalam proses
penyelesaian skripsi ini.
3. Ibu Damiana Sapta Candrasari S.Si., M.Sc. selaku dosen penguji yang
telah memberikan banyak saran dan arahan kepada penulis dalam proses
penyelesaian skripsi ini.
4. Bapa dan Mama, Mbah Putri, Kakak Fr. Toto, Kakak Incik, Kakak Nenik,
Kakak Cecik, Kakak Jimmy, Kakak Yanto, Leony, Grace dan Natalia,
untuk segala dukungan dan doa selama proses penyelesaian skripsi ini.
5. Kak Felicia atas segala bimbingan, arahan dan dukungan kepada penulis
dalam proses penyelesaian skripsi ini.
6. Teman seperjuangan Fenny Marisza Sihaloho untuk segala kerjasama,
bantuan dan dukungan selama proses penyelesaian skripsi ini.
7. Pater Steven Mangga SVD, Mas Ugall Treble, Kak Ernus, Kak Oswal,
Kak Gusty, Kak Onoze, Fortun, Logi, Raffi, Agung, Inyo, Sara, Ucil,
Rency, Lala, Hovi, Ervin, Akhiles, Indra, Donny dan Chris untuk segala
dukungan selama proses penyelesaian skripsi ini.
vii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8. Teman-teman FSM C 2013, FKK B 2013 serta seluruh Thirteenity untuk
semua cerita kebersamaan kita selama di Fakultas Farmasi Universitas
Sanata Dharma.
Akhir kata penulis menyadari bahwa skripsi ini masih terdapat kekurangan
dan jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan masukkan serta
saran yang membangun dari semua pihak. Semoga skripsi ini memberikan
manfaat bagi pembaca.
Penulis
viii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL........................................................................................ i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .............................................. ii
HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... iii
HALAMAN PERSEMBAHAN ...................................................................... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .......................................................... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI........................... vi
PRAKATA ....................................................................................................... vii
DAFTAR ISI .................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... x
DAFTAR TABEL ............................................................................................ xi
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xii
ABSTRAK ....................................................................................................... xiii
ABSTRACT ..................................................................................................... xiv
PENDAHULUAN ........................................................................................... 1
METODE PENELITIAN ................................................................................. 3
Bahan ........................................................................................................ 3
Instrumentasi ............................................................................................. 3
Metode ...................................................................................................... 3
Pengunduhan struktur senyawa primaquine ...................................... 3
Preparasi senyawa primaquine secara molekuler .............................. 3
Penambatan molekuler senyawa primaquine ..................................... 3
Analisis hasil ...................................................................................... 4
Visualisasi pose primaquine .............................................................. 4
HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................ 4
KESIMPULAN ................................................................................................ 7
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 8
LAMPIRAN .................................................................................................... 10
BIOGRAFI PENULIS ..................................................................................... 14
ix
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.
Struktur 2D Primaquine ................................................................... 2
Gambar 2.
Analisis decision tree yang divisualisasikan ................................... 6
Gambar 3.
Visualisasi pose primaquine pada reseptor estrogen alfa ................ 7
x
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR TABEL
Tabel I.
Nilai persen kesesuaian primaquine pada setiap jalur decision tree ...... 5
xi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1.
Proposal skripsi ........................................................................... 11
Lampiran 2.
Konfigurasi protokol penambatan PLANTS 1.2 ......................... 12
Lampiran 3.
Shell script untuk analisis pasca penambatan ............................. 13
xii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ABSTRAK
Kanker payudara merupakan salah satu jenis kanker yang sering
terdiagnosis pada wanita dan merupakan penyebab kematian kedua dalam kasus
kematian yang disebabkan oleh kanker. Perkembangan sel kanker payudara
ditandai dengan tingginya ekspresi reseptor estrogen alfa. Primaquine merupakan
obat antimalaria, digunakan sebagai agen eradikasi terhadap parasit Plasmodium
vivax dan Plasmodium ovale. Tujuan terapi baru dari sebuah obat atau drug
repurposing merupakan strategi baru dalam penemuan obat antikanker, yaitu
untuk mengidentifikasi obat non-antikanker yang memiliki aktivitas antikanker.
Penelitian ini bertujuan untuk menguji senyawa primaquine sebagai ligan pada
reseptor estrogen alfa secara in silico menurut protokol yang telah dikembangkan
oleh Setiawati et al. (2014) dan metode analisis pasca penambatan oleh Istyastono
(2015). Perangkat lunak penambatan yang digunakan adalah PLANTS 1.2 dan
analisis hasil menggunakan shell script yang mengacu decision tree, serta
visualisasi pose ikatan dibuat dengan PyMOL versi 1.8.4.
Hasil analisis menunjukan senyawa primaquine inaktif sebagai ligan dari
reseptor estrogen alfa. Selanjutnya dilakukan pengelompokan berdasarkan tujuh
jalur pada decision tree untuk mengetahui nilai persen kesesuaian primaquine
sebagai ligan reseptor estrogen alfa. Hasil pengelompokan menunjukkan persen
kesesuaian terbesar adalah 80% yang memenuhi aturan jalur ke enam decision
tree. Visualisasi pose primaquine menggunakan aplikasi PyMOL v1.8.4 dengan
replikasi ke 739, iterasi ke 1 dan skor chemPLP ≥-118,40.
Kata kunci: Reseptor estrogen alfa, drug repurposing, in silico, primaquine.
xiii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ABSTRACT
Breast cancer is the most prevalent case of cancers in female and also the
second highest cancer related mortality. The progress of breast cancer cells is
characterized by high expression of estrogen receptor alpha. Primaquine is used as
an antimalarial agent based on its ability to eradicate Plasmodium vivax and
Plasmodium ovale parasite. Drug repurposing refers to a reinvestigation of
existing drugs includes the anticancer drug for new therapeutic interventions. This
study aims to examine in silico on primaquine as a ligand of estrogen receptor
alpha according to protocols that have been developed by Setiawati et al. (2014)
and post-docking analysis developed by Istyastono (2015). The software used was
PLANTS 1.2 and the result was analysed using a shell script that refers to the
decision tree, and visualization using PyMOL 1.8.4.
The results showed that primaquine was inactive as a ligand of the
estrogen receptor alpha. Furthermore, the scoring is as cluster more based on
seven paths of the decision tree to determine the suitability value of primaquine as
a ligand. The results showed the largest suitability value was 80% which followed
the sixth path of the decision tree. Finally, the primaquine’s pose inside estrogen
receptor alpha binding pocket was visualized using PyMOL 1.8.4 at replication
739, iteration 1 and ChemPLP score was ≥-118,40.
Keywords: Estrogen receptor alpha, drug repurposing, in silico, primaquine.
xiv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PENDAHULUAN
Kanker adalah kelompok penyakit yang ditandai dengan pertumbuhan serta
penyebaran sel abnormal yang tidak terkontrol (American Cancer Society, 2016). Penyakit
kanker menempati posisi kedua penyebab kematian di dunia setelah penyakit
kardiovaskuler (Godjali et al., 2012). Kanker payudara merupakan salah satu jenis kanker
yang sering terdiagnosis pada wanita dan merupakan penyebab kematian kedua dalam
kasus kematian yang disebabkan oleh kanker (Mellatyar et al., 2016). Reseptor estrogen
alfa (RE-α) berperan dalam perkembangan payudara dan aktivasi signal pro-proliferasi
pada payudara normal dan payudara yang menderita kanker (Caldon, 2014).
Perkembangan sel kanker payudara ditandai dengan tingginya ekspresi reseptor estrogen
alfa (Hayashi et al., 2011). Dengan pendalaman yang benar mengenai penyebab kanker
payudara, target obat secara molekuler telah dikembangkan dan diujikan sebagai
pengobatan dan pencegahan terhadap kanker payudara (Hollander et al., 2013).
Drug repurposing merupakan suatu pendekatan untuk menemukan indikasi baru
dari obat yang telah ada ataupun kandidat obat dengan strategi melakukan suatu reinvestigasi terhadap senyawa obat untuk menemukan tujuan terapi baru, termasuk di
dalamnya obat-obat yang bukan antikanker menjadi obat antikanker (Lee and Kim, 2016).
Studi in silico sering diaplikasikan dalam desain penemuan obat berbasis struktur, diawali
dengan mengetahui struktur target molekuler misalnya target makromolekuler yang disebut
reseptor, kemudian mengidentifikasi ligan yang potensial terhadap struktur target
molekuler tersebut (Ferreira et al., 2015).
Pada tahun 2012, Anita et al. mengembangkan sebuah protokol penapisan virtual
berbasis struktur untuk mengidentifikasi senyawa yang berpotensi sebagai ligan pada
reseptor estrogen alfa dengan hasil nilai enrichment factor 1% (EF1%) sebesar 21,2. Nilai
EF1% merupakan persentase senyawa aktif (true positive) yang diidentifikasi saat pengecoh
yang teridentifikasi sebagai senyawa aktif (false positives) sejumlah 1% (Anita et al.,
2012). Parameter kualitas penapisan virtual secara obyektif diukur dengan nilai EF1% yang
menggambarkan kemampuan protokol pada validasi retrospektif memilah senyawa aktif
dari pengecoh (Istyastono, 2013). Dikembangkan sebuah perangkat lunak PyPLIF (Pythonbased Protein-Ligand Interaction Fingerprinting) yang berguna untuk mengetahui
interaksi sidik jari antara protein dengan ligan (Radifar et al., 2013). PyPLIF melaksanakan
interaksi sidik jari dengan mengubah interaksi protein-ligan menjadi sekumpulan data bit
berdasarkan residu yang dipilih dan jenis interaksi. Dalam pengujiannya, validasi PyPLIF
1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
menggunakan input protokol penambatan yang telah dikembangkan Anita et al. (2012) dan
nilai EF1% meningkat menjadi 53,84 (Radifar et al., 2013).
Laporan hasil penelitian Istyastono (2013) menunjukan bahwa telah dilakukan
penapisan virtual pada 7240 struktur molekul pada ZINC drug database (ZDD) dengan
target virtual dan konfigurasi hasil pengembangan dan validasi Anita et al. (2012) dan
Radifar et al. (2013), didapatkan 60 obat yang beredar di pasar dengan berbagai indikasi
sebagai ligan estrogen reseptor alfa. Pada 12 peringkat teratas ditemukan 8 obat yang
digunakan untuk terapi kanker payudara dan juga celecoxib yang telah diujikan ulang
secara in silico dan dikonfirmasi secara in vitro bahwa celecoxib memiliki aktivitas sebagai
ligan pada reseptor estrogen alfa dengan potensi serupa dengan tamoxifen, obat pilihan
untuk kanker payudara (Istyastono et al., 2015). Hal ini secara tidak langsung merupakan
validasi prospektif penggunaan protokol penapisan virtual yang dikembangkan Anita et al.
(2012) dan Radifar et al. (2013).Salah satu dari ke 60 senyawa yang mempunyai indikasi
sebagai ligan reseptor estrogen alfa tersebut adalah primaquine (Istyastono, 2013).
Primaquine (8-aminoquinoline) merupakan obat antimalaria, digunakan sebagai agen
eradikasi terhadap parasit Plasmodium vivax dan Plasmodium ovale (Fernando et al.,
2011).
Gambar 1. Struktur 2D primaquine.
Telah dikembangkan dan divalidasi sebuah protokol penapisan virtual berbasis
struktur (PVBS) untuk mengidentifikasi ligan dari reseptor estrogen alfa menggunakan
protokol penambatan PLANTS 1.2 (Setiawati et al., 2014), serta sebuah metode analisis
pasca penambatan untuk menentukan aktif tidaknya suatu ligan pada reseptor estrogen alfa
(Istyastono, 2015). Penelitian ini bertujuan untuk menguji senyawa primaquine sebagai
ligan pada reseptor estrogen alfa secara in silico menurut protokol yang telah
dikembangkan oleh Setiawati et al. (2014) dan metode analisis pasca penambatan oleh
Istyastono (2015), serta mengetahui secara atomik pose ikatan primaquine dalam kantung
reseptor estrogen alfa.
2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
METODE PENELITIAN
Bahan
Konfigurasi protokol penambatan (Lampiran 2) yang telah dikembangkan dan
divalidasi oleh Setiawati et al. (2014). Struktur tiga dimensi primaquine (diunduh dari
zinc.docking.org dengan kode ZINC01530862). Perangkat lunak penambatan PLANTS 1.2
(Korb et al., 2009), PyPLIF (Radifar, et al., 2013) untuk identifikasi interaksi sidik jari
antara protein dan ligan, dan shell script yang mengacu decision tree untuk analisis pasca
penambatan (Lampiran 3), serta PyMol 1.8.4 untuk visualisasi pose ikatan primaquine
pada kantung ikatan reseptor estrogen alfa.
Instrumentasi
Server Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma dengan alamat IP
103.247.10.66 dengan sistem operasi Ubuntu 12.04 LTS, laptop ASUS Intel Celeron®
Dual-Core CPU N3050 @1.60 GHz, RAM 2.00 GB, 64-bit operating system, dan sistem
operasi Linux Ubuntu 16.04 LTS.
Metode
Pengunduhan struktur senyawa primaquine
Struktur primaquine diunduh dari zinc.docking.org dengan kode ZINC01530862
dan disimpan dengan format .mol2. Nama file diubah menjadi ligand.mol2.
Preparasi senyawa primaquine secara molekuler
Struktur primaquine yang telah diunduh dalam format .mol2, dipreparasi
menggunakan aplikasi SPORES dengan modul settypes (Setiawati et al., 2014). Luaran
dari preparasi ini berupa file ligand_spores.mol2 yang selanjutnya digunakan untuk
ditambatkan pada target virtual menggunakan PLANTS 1.2.
Penambatan molekuler senyawa primaquine
Luaran dari SPORES berupa file ligand_spores.mol2 ditambatkan menggunakan
aplikasi PLANTS 1.2 dengan konfigurasi protokol penambatan (Lampiran 2) yang telah
dikembangkan Setiawati et al. (2014). Pada setiap satu kali penambatan (1 run), dilakukan
tiga kali iterasi penambatan molekuler yang masing-masing menghasilkan 50 pose. Pada
setiap iterasi diambil salah satu pose terbaik dan dilakukan analisis IFP dengan PyPLIF.
Luaran dari setiap run adalah 3 pose berupa skor ChemPLP dan data bitstring PLIF yang
selanjutnya diambil salah satu pose dengan nilai ChemPLP terbaik (Setiawan and
Istyastono, 2015). Dilakukan seribu kali run, sehingga dapat diperoleh data seribu pose
3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
terbaik untuk setiap replikasi yang dilakukan. Data seribu pose terbaik ini disimpan dengan
nama all_pyplif.csv.
Analisis hasil
Analisis hasil dilakukan menggunakan shell script (Lampiran 3) pada Linux
Ubuntu 12.04 LTS yang mengacu pada masing- masing jalur decision tree (Istyastono,
2015). Luaran hasil analisis akan menampilkan senyawa primaquine aktif sebagai ligan
yang ditunjukkan dengan angka 1 atau tidak aktif sebagai ligan yang ditunjukkan dengan
angka 0.
Visualisasi pose primaquine
Visualisasi pose primaquine pada reseptor estrogen alfa menggunakan perangkat
lunak PyMOL 1.8.4. Visualisasi dilakukan dengan memilih salah satu pose replikasi
sebagai perwakilan yang representatif dengan ketentuan memiliki persen kesesuaian
tertinggi sebagai ligan reseptor estrogen alfa.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian ini bertujuan untuk menguji senyawa primaquine sebagai ligan pada
reseptor estrogen alfa secara in silico menurut protokol yang telah dikembangkan dan
divalidasi oleh Setiawati et al. (2014) dan metode analisis pasca penambatan (Istyastono,
2015), serta mengetahui secara atomik pose ikatan primaquine pada reseptor estrogen alfa.
Pengembangan dan validasi pada protokol yang digunakan adalah dengan menambahkan
tiga simulasi independen untuk setiap penambatan, hasil dari validasi protokol penambatan
ini berupa skor ChemPLP yang digunakan untuk evaluasi kecocokan antara reseptor dan
ligan (Setiawati et al., 2014). Sedangkan untuk analisis pasca penambatan dilakukan
dengan menerapkan Recursive Partition and Regression Tree (RPART). Metode ini
menentukan apakah suatu senyawa berperan sebagai ligan atau sebagai senyawa pengecoh
yang didasarkan pada skor penambatan dan bitstring PLIF (Istyastono, 2015).
Hasil analisis berdasarkan decision tree (Istyastono, 2015) menunjukkan bahwa
dari seribu replikasi penambatan, senyawa primaquine inaktif sebagai ligan pada reseptor
estrogen alfa. Senyawa primaquine tidak berikatan dengan residu-residu yang berperan
penting dalam interaksi ligan-protein dalam kantung ikatan reseptor estrogen alfa sehingga
senyawa primaquine tidak dapat dideteksi sebagai ligan. Selanjutnya dilakukan
pengelompokan mengikuti aturan decision tree dimana terdapat tujuh jalur dengan syarat
skor ChemPLP dan bitstring penting. Pengelompokan dilakukan untuk mengetahui
4
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
perbandingan nilai persen kesesuaian primaquine sebagai ligan reseptor estrogen alfa
berdasarkan deskripsi aturan setiap jalur decision tree yang selanjutnya digunakan sebagai
visualisasi pose primaquine pada reseptor estrogen alfa. Nilai persen kesesuaian
didapatkan berdasarkan banyaknya deskripsi aturan yang terpenuhi dibagi jumlah seluruh
deskripsi aturan yang ada pada setiap jalur decision tree.
Tabel I. Nilai persen kesesuaian primaquine pada setiap jalur decision tree.
Jalur ke-
Persen kesesuaian
Frekuensi
Tertinggi Terendah Tertinggi Terendah
1
50%
0%
998
2
2
33%
33%
1000
-
3
50%
50%
1000
-
4
50%
25%
980
20
5
67%
50%
980
20
6
80%
80%
1000
-
7
63%
63%
`1000
-
Hasil pengelompokan menunjukan bahwa nilai persen kesesuaian terendah
primaquine sebagai ligan reseptor estrogen alfa terdapat pada jalur ke dua yaitu dengan
nilai sebesar 33%, sedangkan nilai persen kesesuaian tertinggi terdapat pada jalur ke enam
dengan nilai sebesar 80%. Berdasarkan hasil analisis pengelompokan tersebut dipilih jalur
ke enam yang memiliki nilai persen kesesuaian tertinggi. Hasil analisis persen kesesuaian
pada jalur ke enam decision tree menunjukkan bahwa primaquine tidak berikatan hidrogen
dengan GLY420 dan ARG394, tidak berikatan hidrogen dengan GLY 521, berinteraksi
elektrostatik dengan ASP351 dan memiliki skor ChemPLP ≥ -118,40.
5
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 3. Analisis decision tree yang divisualisasikan. Garis merah menunjukkan jalur keputusan
yang dipilih yaitu jalur ke enam berdasarkan persen kesesuaian tertinggi. Lingkaran
berwarna biru menunjukkan senyawa primaquine tidak memenuhi salah satu syarat
bitstring penting pada jalur ke enam decision tree.
Selanjutnya dari setiap pose replikasi yang memenuhi deskripsi aturan jalur ke
enam decision tree, diambil salah satu pose replikasi sebagai perwakilan yang
representatif dengan nilai ChemPLP terkecil untuk digunakan sebagai visualisasi pose
primaquine pada kantung ikatan reseptor estrogen alfa. Visualisasi pose primaquine
dilakukan dengan menggunakan pose replikasi ke 739 dan iterasi ke 1 yang memiliki skor
ChemPLP terkecil yaitu -85.5157. Hasil visualisasi menggambarkan interaksi primaquine
dengan residu asam amino yang terdapat dalam kantung ikatan reseptor estrogen alfa.
6
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 2. Visualisasi pose primaquine pada reseptor estrogen alfa.
Pada visualisasi pose primaquine (Gambar 2), struktur senyawa primaquine
ditunjukkan oleh struktur berwarna kuning pada atom karbon. Interaksi elektrostatik terjadi
antara gugus amina yang terprotonasi pada primaquine dengan gugus karboksilat pada
residu asam aspartat yang ditunjukkan oleh garis putus-putus berwarna hitam. Rantai
utama ditampilkan dalam mode cartoon sementara residu dalam mode stick. Semua atom
hidrogen nonpolar disembunyikan sedangkan hidrogen polar ditampilkan. Lingkaran
merah pada Gambar 2, menunjukkan tidak adanya interaksi antara senyawa primaquine
dengan residu GLY521 sehingga primaquine inaktif sebagai ligan reseptor estrogen alfa.
Lingkaran merah tersebut menunjukkan primaquine tidak memenuhi salah satu aturan
bitstring penting dari deskripsi jalur ke enam decision tree.
KESIMPULAN
Senyawa primaquine tidak dapat dideteksi sebagai ligan aktif dari reseptor
estrogen alfa secara in silico berdasarkan protokol yang dikembangkan Setiawati et al.
(2014) dan analisis pasca penambatan oleh Istyastono (2015). Senyawa primaquine tidak
berikatan dengan residu-residu yang berperan penting dalam interaksi ligan-protein dalam
kantung ikatan reseptor estrogen alfa sehingga senyawa primaquine tidak dapat dideteksi
sebagai ligan. Saran dari penelitian ini adalah perlu dilakukan pengembangan atau
modifikasi lebih lanjut pada struktur primaquine terkait interaksi penting antara liganprotein.
7
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR PUSTAKA
American Cancer Society, 2016. Cancer Fact And Figures. American Cancer Society
Incorporation, 6-10.
Anita, Y., Radifar, M., Kardono, L., Hanafi, M., Istyastono, E.P., 2012. Structure-Based
Design of Eugenol Analogs as Potential Estrogen Receptor Antagonist.
Bioinformation, 8, 901-906.
Caldon, C.E., 2014. Estrogen Signaling And The DNA Damage Response In Hormone
Dependent Breast Cancers. Frontiers In Oncology, 4 (106), 1-6.
Fernando, D., Rodrigo, C., Rajapakse, S., 2011. Primaquine In Vivax Malaria: An Update
And Review On Management Issues. Malaria Journal, 10 (351), 1-4.
Ferreira, L.G., Santos, R.N., Oliva, G., Andricopulo, A.D., 2015. Molecular Docking And
Structure-Based Drug Design Strategies. Molecules, 20, 13384-13400.
Godjali, D.D., Pardamean B., Suzanna E., 2012. Pengembangan Sistem Registrasi Kanker
Di Indonesia. Indonesian Journal of Cancer, 6 (2), 61-62.
Hayashi, S.I., Eguchi, H., Tanimoto, K., Yoshida, T., Omoto, Y., Inoue, A., 2003. The
Expression And Function Of Estrogen Receptor α And β In Human Breast Cancer
And Its Clinical Application. Endocrine-Related Cancer, 10, 193-202.
Hollander, P.D., Savage, M.I., Brown, P.H., 2013. Targeted Therapy For Breast Cancer
Prevention. Departement of Clinical Cancer Prevention, 3 (250), 1-11.
Istyastono, E.P., 2013. Aplikasi Penapisan Virtual Pada ZINC Drug Database Guna
Penemuan Senyawa Antagonis Reseptor Estrogen α Baru: Laporan Hasil
Penelitian, Lembaga Penelitian dan Pengembangan Masyarakat, Universitas
Sanata Dharma, Yogyakarta.
Istyastono, E.P., 2015. Employing Recursive Partition And Regression Tree Method To
Increase The Quality Of Structure-Based Virtual Screening In The Estrogen
Receptor Alpha Ligands Identification. Asian Journal of Pharmaceutical and
Clinical Research, 8(6), 207-210.
Istyastono, E.P., Riswanto, F.D.O., and Yuliani, S.H., 2015. Computer-Aided Drug
Repurposing: A Cyclooxygenase-2 Inhibitor Celecoxib As A Ligand For Estrogen
Alpha , Indonesian Journal of Chemistry, 15 (3), 274 – 280.
Korb, O., Stützle, T., and Exner, T.E., 2009. Empirical Scoring Functions for Advanced
Protein-Ligand Docking with PLANTS. Journal of Chemical Information and
Modeling, 49, 84-96.
8
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Lee, H.M., and Kim, Y., 2016. Drug Repurposing Is New Opportunity For Developing
Drugs Against Neuropsychiatric Disorders. Hindawi Publishing Corporation, 1-2.
Lill, M.A., and Danielson, M.L., 2010. Computer-aided Drug Design Platform Using
PyMOL. Journal of Computer-Aided Molecular Design, 25 (1), 13-19.
Mellatyar, H., Talaei, S., Koshki, K.N., Akbarzadeh, A., 2016. Targeting HSP90 Gene
Expression With 17-DMAG Nanoparticles In Breast Cancer Cells. Asian Pacific
Journal of Cancer Prevention, 17 (5), 2453-2457.
Radifar, M., Yuniarti, N., Istyastono, E.P., 2013. PyPLIF: Python-based Protein-Ligand
Interaction Fingerprinting. Bioinformation, 9(6), 325-328.
Setiawan F.F., Istyastono, E.P., 2015. Uji In Silico Senyawa 2,6-Dihidroksiantraquinon
Sebagai Ligan Pada Reseptor Estrogen Alfa. Jurnal Farmasi Sains dan
Komunitas, 12(2), 77-80.
Setiawati, A., Riswanto, F.D.O., Yuliani, S.H., Istyastono, E.P., 2014. Retrospective
Validation of A Structure-Based Virtual Screening Protocol To Identify Ligands
For Estrogen Receptor Alpha and Its Application To Identify The AlphaMangostin Binding Pose. Indonesian Journal of Chemistry, 14(2), 103-108.
9
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
LAMPIRAN
10
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Lampiran 1. Proposal skripsi
UJI IN SILICO SENYAWA PRIMAQUINE SEBAGAI LIGAN PADA
RESEPTOR ESTROGEN ALFA
Proposal Skripsi
Diajukan oleh:
Lucius Evodius Bardata
NIM: 138114097
FAKULTAS FARMASI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2016
11
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
HALAMAN JUDUL
UJI IN SILICO SENYAWA PRIMAQUINE SEBAGAI LIGAN PADA
RESEPTOR ESTROGEN ALFA
Proposal Skripsi
Diajukan oleh:
Lucius Evodius Bardata
NIM: 138114097
FAKULTAS FARMASI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2016
i
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL...................................................................................... i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ............................................ ii
DAFTAR ISI .................................................................................................. iii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... v
DAFTAR TABEL .......................................................................................... vi
INTISARI....................................................................................................... vii
BAB I. PENDAHULUAN ............................................................................. 1
A. Latar Belakang ................................................................................... 1
B. Permasalahan...................................................................................... 2
C. Urgensi Penelitian .............................................................................. 3
D. Luaran Penelitian ............................................................................... 3
E. Manfaat Penelitian ............................................................................. 3
a. Manfaat teoretis ...................................................................... 3
b. Manfaat praktis....................................................................... 3
F. Tujuan Penelitian ............................................................................... 3
1. Tujuan umum ......................................................................... 3
2. Tujuan khusus ........................................................................ 3
BAB II. PENELAAHAN PUSTAKA............................................................ 4
A. Kanker Payudara ................................................................................ 4
B. Reseptor estrogen alfa ........................................................................ 4
C. Primaquine ......................................................................................... 5
D. Uji in silico ......................................................................................... 6
E. Molecular docking ............................................................................. 6
F. Protokol penelitian ............................................................................. 7
G. Landasan teori .................................................................................... 9
H. Hipotesis............................................................................................. 10
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ..................................................... 11
A. Bahan.................................................................................................. 11
B. Alat ..................................................................................................... 11
iii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
C. Prosedur penelitian ............................................................................. 11
D. Analisis hasil ...................................................................................... 12
JADWAL KEGIATAN .................................................................................. 13
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 14
iv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Struktur Primaquine ..................................................................... 7
Gambar 2. Pohon keputusan RPART ............................................................ 10
v
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR TABEL
Tabel I. Bitstring yang digunakan dalam pohon keputusan ........................... 10
Tabel II. Jadwal Kegiatan .............................................................................. 15
vi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
INTISARI
Kanker payudara merupakan salah satu jenis kanker yang sering
terdiagnosis pada wanita dan merupakan penyebab kematian kedua dalam kasus
kematian yang disebabkan oleh kanker. Reseptor estrogen alfa (RE-α) berperan
utama dalam ekspresi jaringan payudara dan rahim. Perkembangan sel kanker
payudara ditandai dengan tingginya ekspresi RE-α.
Primaquine merupakan obat antimalaria, digunakan sebagai agen
eradikasi terhadap parasit Plasmodium vivax dan Plasmodium ovale. Tujuan terapi
baru dari sebuah obat atau repurposing drug atau repositioning drug merupakan
strategi baru dalam penemuan obat anti kanker, artinya adanya perhatian untuk
mengidentifikasi obat non-anti kanker yang memiliki aktivitas antikanker.
Penelitian ini bertujuan untuk menguji senyawa primaquine sebagai ligan
pada reseptor estrogen alfa secara in silico menurut protokol yang telah
dikembangkan oleh Setiawati et al. (2014) dan metode analisis pasca penambatan
oleh Istyastono (2015). Perangkat lunak penambatan yang digunakan adalah
PLANTS 1.2 dan analisis hasil dilakukan dengan uji statistik menggunakan
aplikasi R versi 3.0.1 serta visualisasi pose ikatan dibuat dengan PyMol versi 1.2.
Kata kunci: Reseptor estrogen alfa, repurposing drug, repositioning
drug, in silico, primaquine.
vii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Muncul dan tumbuhnya kanker merupakan hasil dari kerusakan sel
normal secara terus menerus, dimana terjadi perubahan fungsional gen yang
disebabkan oleh mutasi pada DNA. Hal ini menyebabkan perubahan ekspresi
protein sel normal (Chada and Ramesh, 2016). Penyakit kanker menempati posisi
kedua penyebab kematian di dunia setelah penyakit kardiovaskuler (Godjali et al.
2012). Kanker payudara merupakan salah satu jenis kanker yang sering
terdiagnosis pada wanita dan merupakan penyebab kematian kedua dalam kasus
kematian yang disebabkan oleh kanker (Mellatyar et al. 2016). Menurut American
Cancer Society, pada tahun 2016 serangan kanker payudara terdiagnosis pada
246.660 wanita dan 2600 pria. Di Indonesia, berdasarkan hasil estimasi provider
deteksi dini kanker payudara pada tahun 2013, terdapat 61.682 kasus kanker
payudara. Dengan persentasi tiga tertinggi ditempati provinsi Jawa Tengah
dengan 11.511 kasus, Jawa Timur 9.688 kasus, dan Jawa Barat 6.701 kasus
(Kementerian Kesehatan Republik Indonesia, 2015).
Estrogen berperan penting dalam regulasi pertumbuhan dan diferensiasi
sel normal, terutama sel epitel payudara. Reseptor estrogen berperan dalam
memediasi efek dari hormon endogen (Debeb and Berihu, 2015). Terdapat dua
reseptor estrogen yaitu reseptor estrogen alfa (RE-α) dan beta (RE-β). Reseptor
estrogen alfa berperan utama dalam ekspresi jaringan payudara dan rahim
(Mandusic et al. 2011). Perkembangan sel kanker payudara ditandai dengan
tingginya ekspresi RE-α (Hayashi et al. 2011).
Primaquine digunakan sebagai agen eradikasi untuk parasit Plasmodium
vivax pada hati yang belum terdeteksi. Dengan pemberian dosis standar untuk tiap
harinya selama 14 hari (Burgoine et al. 2010; Pareek et al. 2015). Menurut
Stenvang et al. (2013), tujuan terapi baru dari sebuah obat atau repurposing drug
atau repositioning drug merupakan strategi baru dalam penemuan obat anti
1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
kanker, artinya adanya perhatian untuk mengidentifikasi obat non-anti kanker
yang memiliki aktivitas antikanker.
Dengan pendalaman yang benar mengenai penyebab kanker payudara,
target obat secara molekuler telah dikembangkan dan diujikan sebagai pengobatan
dan pencegahan terhadap kanker payudara (Hollander et al. 2013). Gabungan
strategi komputasi dan eksperimental memiliki nilai yang besar terhadap
identifikasi dan pengembangan suatu senyawa obat baru. Pendekatan ini juga
memperkirakan energi bebas dari interaksi antara ligan dan reseptor dengan
mengevaluasi fenomena penting yang terlibat dalam proses interaksi antarmolekul
(Ferreira et al. 2015).
Studi in silico dilakukan untuk skrining suatu senyawa murni dimana
bergantung pada kompleksitas struktural, gugus fungsi dan modifikasinya serta
muatan dan interaksi yang terjadi (Venilla et al. 2014). Uji in silico mengenai
aktivitas primaquine pada reseptor estrogen alfa didasarkan pada penapisan virtual
berbasis struktur (PVBS). Telah dikembangkan protokol untuk mengidentifikasi
pose ikatan alfa mangostin di kantung ikatan reseptor estrogen alfa (Setiawati et
al. 2014) dan analisis pasca penambatan oleh Istyastono (2015). Pada penelitian
ini, pose primaquine pada kantung ikatan reseptor estrogen alfa diseleksi
menggunakan protokol Setiawati et al. (2014) dan analisis pasca penambatan oleh
Istyastono (2015).
B. Permasalahan
Sebelumnya telah dikembangkan protokol untuk mengidentifikasi pose
ikatan alfa mangostin di kantung ikatan reseptor estrogen alfa (Setiawati et al.
2014) dan analisis pasca penambatan oleh Istyastono (2015). Sejauh penelusuran
pustaka, dengan metode yang ada belum pernah dilakukan uji in silico senyawa
primaquine terhadap RE-α, oleh karena itu akan dilakukan uji in silico senyawa
primaquine sebagai ligan pada RE-α dengan menggunakan protokol yang
dikembangkan oleh Setiawati et al. (2014) dan analisis pasca penambatan oleh
Istyastono (2015).
2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
C. Urgensi Penelitian
Penelitian ini penting untuk memberi informasi terkait uji in silico
senyawa primaquine terhadap RE-α untuk selanjutnya dapat dikembangkan dalam
pengobatan kanker payudara.
D. Luaran Penelitian
Luaran berupa naskah untuk publikasi tentang uji in silico senyawa
primaquine sebagai ligan terhadap reseptor estrogen alfa.
E. Manfaat Penelitian
1.
Manfaat teoretis
Memberikan tambahan pengetahuan mengenai ikatan antara primaquine
dan reseptor estrogen alfa, serta kemampuan primaquine sebagai ligan
terhadap RE-α sehingga dapat dijadikan acuan untuk penelitian lebih
lanjut.
2. Manfaat praktis
Hasil penelitian ini diharapkan berguna untuk pengaplikasian dan
pengembangan protokol penambatan virtual sebagai penemuan obat baru.
F. Tujuan Penelitian
1. Tujuan umum
Tujuan umum penelitian ini adalah menguji senyawa primaquine sebagai
ligan pada reseptor estrogen alfa secara in silico menurut protokol yang
telah dikembangkan oleh Setiawati et al. (2014) dan metode analisis
pasca penambatan oleh Istyastono (2015).
2. Tujuan khusus
Mengetahui secara atomik pose ikatan primaquine dalam kantung RE-α
serta menguji protokol penambatan virtual yang telah dikembangkan oleh
Setiawati et al. (2014) dan metode analisis pasca penambatan oleh
Istyastono (2015) dalam mengenali primaquine sebagai ligan pada
kantung RE-α.
3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB II
PENELAAHAN PUSTAKA
A. Kanker payudara
Kanker adalah kelompok penyakit yang ditandai dengan pertumbuhan
serta penyebaran sel abnormal yang tidak terkontrol (American Cancer Society,
2016). Kanker payudara adalah tipe kanker epitel yang sering terjadi pada wanita
(Heo et al. 2016). Kanker payudara yang terjadi pada wanita yang membawa gen
mutasi pada Breast Cancer susceptibility gene 1 (BRCA1) dikategorikan sebagai
kanker payudara reseptor estrogen (RE) negatif; sementara mereka yang terjadi
mutasi pada gen BRCA2 biasanya dikategorikan kanker payudara reseptor
estrogen positif, mirip dengan kanker payudara sporadik (Rosen and Issacs, 2016).
Gejala kanker payudara sering tidak disadari atau dirasakan dengan jelas oleh
penderita, sehingga banyak penderita yang datang dalam keadaan stadium lanjut
(Firdaus et al. 2016). Estrogen dan reseptor estrogen merupakan faktor penting
dalam perkembangan kanker payudara, oleh karena itu telah ditemukan dan
dikembangkan obat-obat dengan reseptor estrogen sebagai target yang disebut
modulator selektif untuk reseptor estrogen (SERMs). Obat ini bekerja dengan
menghambat jalur sinyal estrogen pada wanita dengan kanker payudara
(Hollander et al. 2013).
B. Reseptor estrogen alfa
Estrogen dibutuhkan dalam pertumbuhan dan perkembangan jaringan
payudara, tetapi tingginya level estrogen merupakan faktor resiko utama penyebab
kanker payudara (Caldon, 2014). Terdapat dua cara dimana estrogen dapat
menunjang terjadinya kanker, yang pertama melalui efek proliferatif dimana
terjadi peningkatan serta akumulasi mutasi pada DNA dan divisi sel. Kedua,
terjadinya akumulasi akibat dari peningkatan senyawa intermediet hasil
metabolisme estrogen yang menyebabkan efek genotoksik pada sel (Mandusic et
4
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
al. 2011). Sebagian besar kasus kanker payudara bergantung pada signal yang
diterima oleh reseptor estrogen, maka strategi pengobatan sebagian besar
difokuskan dengan memblokir sinyal yang melewati reseptor estrogen (Chien et
al. 2016).
Reseptor estrogen merupakan salah satu reseptor intrasel yang terdiri dari
dua isoform yaitu reseptor estrogen alfa (RE-α) dan reseptor estrogen beta (RE-β),
dan merupakan G-protein coupled receptor (Ma and Gollahon, 2016). Reseptor
estrogen alfa berperan penting dalam regulasi dan ekspresi jaringan uterus dan
payudara (Mandusic et al. 2011). Reseptor estrogen alfa berperan penting dalam
perkembangan payudara dan aktivasi signal pro-proliferasi pada payudara normal
dan payudara yang menderita kanker (Caldon, 2014). Sedangkan reseptor estrogen
beta (RE-β) diduga berperan dalam sensitivitas dan resistensi hormonal. Belum
ada bukti ilmiah tentang ekspresi RE-β dalam kaitannya dengan kasus kanker
payudara (Debeb and Berihu, 2015).
Secara umum, ekspresi berlebihan reseptor estrogen alfa (RE-α)
merupakan indikasi utama dalam kasus kanker payudara. Produksi estrogen
intratumoral pada sel karsinoma payudara manusia merupakan akibat dari ekspresi
berlebihan reseptor estrogen alfa (RE-α) dengan menstimulasi ekspresi gen
estrogen-androgen converting enzyme, dan aromatisasi menggunakan promotor
spesifik sel tumor (Debeb and Berihu, 2015).
C. Primaquine
Primaquine (8-aminoquinoline) merupakan obat antimalaria, digunakan
sebagai agen eradikasi terhadap parasit Plasmodium vivax dan Plasmodium ovale
(Hill et al. 2006, Fernando et al. 2011). Drug repurposing merupakan suatu
strategi dimana adanya pendekatan untuk menemukan indikasi baru dari obat
yang telah ada ataupun kandidat obat. Drug repurposing atau drug repositioning
merupakan suatu re-investigasi terhadap senyawa obat yang telah ada untuk
menemukan tujuan terapi baru, termasuk didalamnya obat-obat yang bukan anti
kanker menjadi obat anti kanker (Lee and Kim, 2016).
5
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 1. Struktur 2D primaquine
D. Uji in silico
Studi in silico digunakan dalam penemuan obat melalui Structure-Based
Drug Design (SBDD). Dalam SBDD, diawali dengan mengetahui struktur target
molekuler misalnya target makromolekuler yang disebut reseptor, dan pendekatan
secara in silico biasanya digunakan untuk mengidentifikasi ligan yang potensial
terhadap struktur target molekuler tersebut (Ferreira et al. 2015).
Studi in silico merupakan suatu teknik eksperimental dalam desain
senyawa obat yang dilakukan dengan komputasi. Studi in silico mencakup
penggunaan database, Quantitative Sturucture-Activity Relationship (QSAR),
identifikasi pharmacophore serta pemodelan homologi yang menggunakan
komputer (Ekins et al. 2007).
E. Molecular Docking
Molecular docking merupakan suatu metode yang digunakan untuk
mengetahui secara molekuler konformasi ligan pada binding site secara tepat
dengan tingkat akurasi yang besar, dan merupakan suatu metode yang sangat
dibutuhkan dalam penemuan obat. Selanjutnya algoritma molecular docking
digunakan untuk memprediksi energi suatu ikatan secara kuantitatif dan
menyajikan data tingkatan afinitas ikatan ligan-reseptor (Ferreira et al. 2015).
Dalam penambatan secara molekuler (molecular docking), struktur dari
suatu ligan dapat ditentukan dengan pemodelan pharmacophore. Pharmacophore
merupakan kerangka molekuler yang membawa struktur/fitur yang esensial dari
suatu ligan yang mana dibutuhkan sebagai penentu aktivitas biologis yang
dihasilkan (Lee et al. 2011). Penambatan molekuler sering diimplementasikan
6
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
dalam alur kerja desain obat berbantukan komputer yaitu untuk menjelaskan
interaksi ligan dan target biologis (Kumalo et al. 2015).
F. Protokol penelitian
Skrining virtual merupakan aplikasi dari metode in silico untuk seleksi
senyawa-senyawa yang diinginkan dari database senyawa kimia. Strategi skrining
virtual terbagi dalam dua yaitu (i) Penapisan Virtual Berbasis Ligan (PVBL), dan
(ii) Penapisan Virtual Berbasis Struktur (PVBS). PVBS terdiri dari beberapa
langkah antara lain, (i) preparasi target molekuler, (ii) seleksi senyawa yang akan
ditambatkan, (iii) penambatan molekuler, (iv) analisis pasca penambatan (Ferreira
et al. 2015).
Pada penambatan molekuler dengan metode penapisan virtual berbasis
struktur (PVBS), model pharmacophore sering diaplikasikan, selain itu model
pharmacophore juga sering digunakan untuk proses output virtual dalam skrining
virtual (Lee et al. 2011).
PLANTS (Protein-Ligand ANT System) merupakan suatu algoritma yang
memperlakukan ligan secara fleksibel dan berdasarkan pada Ant Colony
Optimization (ACO). Algoritma ACO menyusun solusi dengan memilih satu nilai
untuk setiap derajat kebebasan. Fleksibilitas protein dipertimbangkan dengan
optimasi atom hidrogen yang terlibat dalam ikatan hidrogen (Korb et al. 2007).
Telah dikembangkan dan divalidasi sebuah protokol penapisan virtual
berbasis struktur (PVBS) untuk mengidentifikasi ligan dari reseptor estrogen alfa,
menggunakan protokol penambatan PLANTS 1.2 (Setiawati et al. 2014).
Pengembangan dan modifikasi yang dilakukan adalah dengan menambahkan tiga
simulasi independen untuk setiap penambatan, sementara pada protokol
sebelumya hanya dilakukan satu kali penambatan. Protokol penambatan ini
divalidasi dengan menggunakan Directory of Useful Decoy-Enhanced (DUD-E).
Hasil dari validasi protokol penambatan ini berupa skor ChemPLP yang
digunakan untuk evaluasi kecocokan antara reseptor dan ligan.
Istyastono (2015) telah mengembangkan suatu metode analisis pasca
penambatan untuk penentuan aktif tidaknya suatu ligan pada reseptor estrogen
7
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
alfa. Metode ini dilakukan dengan menerapkan Recursive Partition and
Regression Tree (RPART). Metode ini menentukan apakah suatu senyawa
berperan sebagai ligan atau sebagai senyawa pengecoh yang didasarkan pada skor
penambatan dan bitstring PLIF.
Gambar 2. Pohon keputusan RPART (Istyastono, 2015). Jika jawaban “ya”
menuju ke arah kiri, jika “tidak” ke arah kanan.
Tabel I. PLIF bitstring penting menurut decision tree (Istyastono, 2015)
Nomor bitstring
320
242
117
411
473
105
201
470
170
171
323
Residu
GLY 420
ARG 394
GLU 353
GLY 521
CYS 530
ASP 351
LEU 387
CYS 530
TRP 383
TRP 383
MET 421
Jenis interaksi
Ikatan hidrogen (protein sebagai akseptor)
Ikatan hidrogen (protein sebagai donor)
Ikatan hidrogen (protein sebagai akseptor)
Ikatan hidrogen (protein sebagai akseptor)
Ikatan hidrogen (protein sebagai donor)
Interaksi elektrostatik (protein sebagai anion)
Ikatan hidrogen (protein sebagai akseptor)
Interaksi non polar
Aromatis (face to face)
Aromatis (edge to edge)
Interaksi non-polar
8
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
G. Landasan Teori
Kanker adalah kelompok penyakit yang ditandai dengan pertumbuhan
serta penyebaran sel abnormal yang tidak terkontrol. Muncul dan tumbuhnya
kanker merupakan hasil dari kerusakan sel normal secara terus menerus, dimana
terjadi perubahan fungsional gen yang disebabkan oleh mutasi pada DNA. Hal ini
menyebabkan perubahan ekspresi protein sel normal. Penyakit kanker menempati
posisi kedua penyebab kematian di dunia setelah penyakit kardiovaskuler. Kanker
payudara merupakan salah satu jenis kanker yang sering terdiagnosis pada wanita
dan merupakan penyebab kematian kedua dalam kasus kematian yang disebabkan
oleh kanker. Di Indonesia, berdasarkan hasil estimasi provider deteksi dini kanker
payudara sampai dengan tahun 2013, terdapat 61.682 kasus kanker payudara.
Estrogen berperan penting dalam regulasi pertumbuhan dan diferensiasi
sel normal, terutama sel epitel payudara. Reseptor estrogen berperan dalam
memediasi efek dari hormon endogen. Terdapat dua reseptor estrogen yaitu
reseptor estrogen alfa (RE-α) dan beta (RE-β). Reseptor estrogen alfa berperan
utama dalam ekspresi jaringan payudara dan rahim. Perkembangan sel kanker
payudara ditandai dengan tingginya ekspresi RE-α. Primaquine digunakan sebagai
agen eradikasi untuk parasit Plasmodium vivax pada hati yang belum terdeteksi.
Dengan pemberian dosis standar untuk tiap harinya selama 14 hari. Tujuan terapi
baru dari sebuah obat atau repurposing drug merupakan strategi baru dalam
penemuan obat anti kanker, artinya adanya perhatian untuk mengidentifikasi obat
non-anti kanker yang memiliki aktivitas antikanker.
Gabungan strategi komputasi dan eksperimental memiliki nilai yang
besar terhadap identifikasi dan pengembangan suatu senyawa obat baru.
Pendekatan ini juga memperkirakan energi bebas dari interaksi antara ligan dan
reseptor dengan mengevaluasi fenomena penting yang terlibat dalam proses
interaksi antarmolekul. Studi in silico dilakukan untuk skrining suatu senyawa
murni dimana bergantung pada kompleksitas struktural, gugus fungsi dan
modifikasinya serta muatan dan interaksi yang terjadi. Akan dilakukan uji in silico
senyawa primaquine sebagai ligan pada reseptor estrogen alfa menggunakan
protokol penapisan virtual dengan aplikasi PLANTS 1.2 yang telah divalidasi oleh
9
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Setiawati et al. (2014) dan dilanjutkan analisis pasca penambatan menggunakan
protokol yang divalidasi oleh Istyastono (2015).
H. Hipotesis
Senyawa primaquine merupakan ligan dari reseptor estrogen alfa secara
in silico berdasarkan protokol penambatan yang dikembangkan Setiawati et al.
(2014) dan analisis pasca penambatan oleh Istyastono (2015).
10
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
A. Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah protokol yang
dikembangkan dan divalidasi oleh Setiawati et al. (2014), struktur tiga dimensi
primaquine (diperoleh dari zinc.docking.org dengan kode ZINC01530862),
perangkat lunak penambatan PLANTS 1.2 (Korb et al. 2009) untuk simulasi
penambatan molekuler, PyPLIF (Radifar, et al. 2013) untuk identifikasi proteinligan interaction fingerprint, R versi 3.0.1 (R Development Core Team, 2013)
untuk perhitungan dan analisis statistik, serta PyMol 1.2rl (Lill and Danielson,
2010) untuk visualisasi pose ikatan primaquine.
B. Alat
Server Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma dengan alamat IP
103.247.10.66 dengan sistem operasi Ubuntu 12.04 LTS, ASUS Intel® Atom™
CPU 2600 @1.60 GHz, RAM 2.00 GB, 32-bit operating system, dan sistem
operasi Linux Ubuntu 12.04 LTS.
C. Prosedur penelitian
1. Pengunduhan struktur senyawa primaquine
Struktur primaquine diunduh dari zinc.docking.org dengan kode
ZINC01530862 dan disimpan dengan format .mol2.
2. Preparasi senyawa primaquine secara molekuler
Struktur primaquine yang telah diunduh dalam format .mol2, dipreparasi
dengan menggunakan aplikasi SPORES (modul: settypes) agar selanjutnya dapat
digunakan untuk ditambatkan pada target virtual menggunakan aplikasi PLANTS
1.2.
11
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3. Penambatan molekuler senyawa primaquine
Luaran dari SPORES ditambatkan menggunakan aplikasi PLANTS 1.2
dengan konfigurasi mengacu pada protokol yang telah dikembangkan Setiawati et
al. (2014). Pada setiap satu kali penambatan (1 run), dilakukan tiga kali iterasi
penambatan molekuler yang masing-masing menghasilkan 50 pose. Pada setiap
iterasi diambil salah satu pose terbaik dan dilakukan analisis IFP dengan PyPLIF.
Luaran dari setiap run adalah 3 pose berupa skor ChemPLP dan data bitstring
PLIF yang selanjutnya diambil salah satu pose dengan nilai ChemPLP terbaik.
Dilakukan seribu kali run,sehingga dapat diperoleh data seribu pose terbaik untuk
setiap replikasi yang dilakukan.
D. Analisis Hasil
Analisis hasil dilakukan menggunakan perangkat lunak statistik R versi
3.0.2 (R Development Team, 2015) dan dengan protokol analisis yang telah
dikembangan oleh Istyastono (2015). Hasil penambatan berupa skor ChemPLP
dan PLIF bitstring yang selanjutnya dimasukkan pada decision tree melalui
metode RPART dengan aplikasi statistik R 3.0.2 (R Development Team, 2015).
Data dari hasil analisis akan menampilkan senyawa primaquine aktif sebagai ligan
yang ditunjukkan dengan angka 1 atau tidak aktif sebagai ligan yang ditunjukkan
dengan angka 0.
Selanjutnya visualisasi pose senyawa primaquine pada reseptor estrogen
alfa menggunakan PyMOL 1.2 (Lill and Danielson, 2010) dilakukan dengan
memilih pose ikatan dengan kriteria:
1. Pose dengan bitstring 320 aktif dan skor ChemPLP terkecil.
2. Pose dengan skor ChemPLP tertinggi.
3. Jika tidak ada pose ikatan yang aktif pada bitstring 320, dipilih pose
ikatan dengan skor ChemPLP terkecil.
12
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
JADWAL KEGIATAN
Tabel II. Jadwal kegiatan penelitian
Lamanya kegiatan
Tahapan
Bulan ke1
2
Persiapan
Studi Pustaka
Penambatan molekuler
Analisis hasil
Penyusunan naskah
13
3
4
5
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR PUSTAKA
American Cancer Society, 2016. Cancer Fact And Figures. American Cancer
Society Incorporation, 6-10.
Burgoine, K.L., Bancone, G., Nosten, F., 2010. The Reality Using Of Primaquine.
Malaria Journal, 9 (376), 1-2.
Caldon, C.E., 2014. Estrogen Signaling And The DNA Damage Response In
Hormone Dependent Breast Cancers. Frontiers In Oncology, 4 (106), 16.
Chada, S. and Ramesh, R., 2016. Delivery Of Protein and Peptide Drugs In
Cancer. LA TROBE University, 15, 336.
Chien, C.D., Riegel, A., Wellstein, A., 2016. Coregulators And Their Role In
Selective Estrogen Receptor Modulator Action. Weizmann Institute Of
Science, 7, 153-159.
Debeb, Y.G., and Berihu, B.A., 2015. Review On The Role Of Estrogen
Receptors In Breast Cancer. International Journal of Pharma Sciences
and Research (IJPSR), 6 (8), 1100-1103.
Ekins, S., Mestres, J., Testa, B., 2007. In Silico Pharmacology For Drug
Discovery: Methods For Virtual Ligand Screening And Profiling. British
Journal of Pharmacology, 152, 9-20.
Fernando, D., Rodrigo, C., Rajapakse, S., 2011. Primaquine In Vivax Malaria: An
Update And Review On Management Issues. Malaria Journal, 10 (351),
1-4.
Ferreira, L.G., Santos, R.N., Oliva, G., Andricopulo, A.D., 2015. Molecular
Docking And Structure-Based Drug Design Strategies. Molecules, 20,
13384-13400.
Firdaus, V.R.P., Asri, A., Khambri, D., Harahap, W.A., 2016. Hubungan Grading
Histopatologi dan Imfiltrasi Limfovaskular dengan Subtipe Molekuler
Pada Kanker Payudara Invasif. Jurnal Kesehatan Andalas, 5 (1), 165166.
14
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Godjali, D.D., Pardamean B., Suzanna E., 2012. Pengembangan Sistem Registrasi
Kanker Di Indonesia. Indonesian Jurnal of Cancer, 6 (2), 61-62.
Hayashi, S.I., Eguchi, H., Tanimoto, K., Yoshida, T., Omoto, Y., Inoue, A., 2003.
The Expression And Function Of Estrogen Receptor α And β In Human
Breast Cancer And Its Clinical Application. Endocrine-Related Cancer,
10, 193-202.
Heo, J.C., Na, A.Y., Sung, J.Y., Lee, J.H., Kim, Y.N., Kim, D.K., 2016. No
Association Of The rs17822931 Polymorphism In ABCC11 With Breast
Cancer In Koreans. Asian Pacific Journal Of Cancer Prevention, 17 (5),
2625-2627.
Hill, D.R., Baird, J.K., Parise, M.E., Lewis, L.S., Ryan, E.T., Magill, A.J., 2006.
Primaquine:
Report
From
CDC
Expert
Meeting
On
Malaria
Chemoprophylaxis. The American Society Of Tropical Medicine And
Hygiene, 75 (3), 402-405).
Hollander, P.D., Savage, M.I., Brown, P.H., 2013. Targeted Therapy For Breast
Cancer Prevention. Departement of Clinical Cancer Prevention, 3 (250),
1-11.
Istyastono, E.P., 2015. Employing Recursive Partition And Regression Tree
Method To Increase The Quality Of Structure-Based Virtual Screening In
The Estrogen Receptor Alpha Ligands Identification. Asian Jorunal of
Pharmaceutical and Clinical Research, 8(6), 207-210.
Kementrian Kesehatan Republik Indonesia, 2015. Buletin Jendela Data &
Informasi Kesehatan: Situasi Penyakit Kanker, Kementrian Kesehatan
Republik Indonesia, 1, 7-15.
Korb, O., Stützle, T., and Exner, T.E., 2007. An Ant Colony Optimization
Approach to Flexible Protein-Ligand Docking. Swarm Intell, 1, 115-134.
Korb, O., Stützle, T., and Exner, T.E., 2009. Empirical Scoring Functionsfor
Advanced Protein-Ligand Docking with PLANTS. J. Chem. Inf. Model,
49, 84-96.
15
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Kumalo, H.M., Bhakat, S., Soliman, M.E.S., 2015. Theory And Applications
Covalent Docking In Drug Discovery: Merits And Pitfalls. Molecules,
20, 1984-1985.
Lee, H.M., and Kim, Y., 2016. Drug Repurposing Is New Opportunity For
Developing Drugs Against Neuropsychiatric Disorders. Hindawi
Publishing Corporation, 1-2.
Lee, C.H., Huang, C.H., Juan, H.F., 2011. Reviewing Ligand-Based Rational
Drug Design: The Search For An ATP Synthase Inhibitor. International
Journal Of Molecular Sciences, 12, 5304-5314.
Lill, M.A., and Danielson, M.L., 2010. Computer-aided Drug Design Platform
Using PyMOL. Journal of Computer-Aided Molecular Design, 25 (1),
13-19.
Ma, H., and Gollahon, S.L., 2016. RE-α Mediates Estrogen-Induced Expression
Of The Breast Cancer Metastasis Suppresor Gene BRMS1. International
Journal Of Molecular Sciences, 17 (158), 1-2.
Mandusic, V., Radak, D., Markicevic, M., Perovic, M., Obradovic, M.,
Mikhailidis, D.P., 2011. Role Of Estrogen And Estrogen Receptors In
Cancer Pathology. Endocrinology Studies, 1 (5), 18-20.
Mellatyar, H., Talaei, S., Koshki, K.N., Akbarzadeh, A., 2016. Targeting HSP90
Gene Expression With 17-DMAG Nanoparticles In Breast Cancer Cells.
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention, 17 (5), 2453-2457.
Parek, A., Chandurkar, N., Gogtay, N., Deshpande, A., Kakrani, A., Kaneria, M.,
2015. Sustained Release Formulation Of Primaquine For Prevention Of
Relapse
Of
Plasmodium
Vivax
Malaria.
Hindawi
Publishing
Corporation Malaria Research and Treatment, 1-2.
Radifar, M., Yuniarti, N., Istyastono, E.P., 2013. PyPLIF: Python-based ProteinLigand Interaction Fingerprinting. Bioinformation, 9(6), 325-328.
Rosen, E., and Issacs, C., 2016. Role Of Estrogen In Familial Breast Cancer. LA
TROBE University, 8, 175-176.
Setiawati, A., Riswanto, F.D.O., Yuliani, S.H., Istyastono, E.P., 2014.
Retrospective Validation of A Structure-Based Virtual Screening
16
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Protocol To Identify Ligands For Estrogen Receptor Alpha and Its
Application To Identify The Alpha-Mangostin Binding Pose. Indo J.
Chem, 14(2), 103-108.
Stenvang, J., Kumler, I., Nygard, S.B., Smith, D.H., Nielsen D., Brunner, N.,
2013. Biomarker-Guided Repurposing Of Chemotherapeutics Drugs For
Cancer Therapy : A Novel Strategy In Drug Development. University Of
Copenhagen, 3 (313), 1-4.
Venilla, S., Bupesh, G., Saravanamurali, K., Kumar, S.V., Sentilraja, R., Saran,
N., 2014. In Silico Docking Study Of Compounds Elucidated From
Helicteres
Isora
Fruits
With
Bioinformation, 10 (5), 263-264.
17
Ampiknase-Insulin
Receptor.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Lampiran 2. Konfigurasi protokol penambatan PLANTS 1.2 (plants.config)
# scoring function and search settings
scoring_function chemplp
search_speed speed2
# input
protein_file protein.mol2
ligand_file ligand_input.mol2
# output
output_dir results
# write single mol2 files (e.g., for RMSD calculation)
write_multi_mol2 0
# cluster algorithm
cluster_structures 50
cluster_rmsd 1.0
# binding site definition
bindingsite_center 31.5746 -1.59038 25.5995
bindingsite_radius 12.8348
# water
water_molecule 22.565 -0.072 25.818 1 0 1
water_molecule_definition water.mol2
12
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Lampiran 3. Shell script untuk analisis pasca penambatan dengan mengacu
decision tree.
#!/bin/sh
> awk –F, ‘BEGIN {OFS=”,”};{if($4<-84.82 && $325==1)
hasil=”aktif”;
>
else
if($4<-118.40
&&
$325==0
&&
$122==1)
hasil=”aktif”;
> else if($4<-118.40 && $325==0 && $122==0 && 206==1)
hasil=”aktif”;
> else if($4<-85.23 && $325==0 && $247==1 && 206==1)
hasil=”aktif”;
> else if($4<-85.23 && $325==0 && $247==1 && 206==0 &&
122==1 && 328==1) hasil=”aktif”;
> else if($4>=-118.40 && $325==0 && 247==0 && 416==1 &&
110==1) hasil=”aktif”;
> else if($4>=-118.40 && $325==0 && 247==0 && 416==0 &&
478==1 && 475==0 && 175==1 && 176==1) hasil=”aktif”;
>
else
hasil=”inaktif”}
{print$1,hasil}’
analisis_dectree.csv
13
data.csv
>
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BIOGRAFI PENULIS
Lucius Evodius Bardata lahir di Pagal, ManggaraiFlores, Nusa Tenggara Timur pada tanggal 6 Mei 1995.
Riwayat pendidikan formal yang ditempuh oleh penulis
adalah SD Katolik Pagal II (2000-2006), SMP Negeri 1
Cibal (2006-2009), SMA Negeri 1 Cibal (2009-2012).
Pada tahun 2013 penulis melanjutkan pendidikan ke
jenjang
yang
lebih
tinggi
di
Fakultas
Farmasi
Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta dan menulis
skripsi “Uji In Silico Senyawa Primaquine Sebagai
Ligan Pada Reseptor Estrogen Alfa”. Selama menjalani perkuliahan, penulis
pernah aktif dalam berbagai Unit Kegiatan Mahasiswa dan kepanitiaan serta
pernah berperan aktif sebagai asisten praktikum Anatomi Fisiologi Manusia.
14